Ny biosensor designet til at detektere toksiner og mere

En enhed fra Los Alamos National Laboratory-forskere er ikke helt Star Trek "tricorder" medicinske scanner, men det er et skridt i den rigtige retning. Den bærbare udviklede analytiske sensor med automatisk prøveudtagning (PEGASUS) er en miniaturiseret bølgeleder-baseret optisk sensor, der kan detektere toksiner, bakterielle signaturer, virale signaturer, biotrusler, hvidt pulver og mere, fra prøver som blod, vand, CSF, mad, og dyreprøver.

"Evnen til at opdage patogener, biologiske trusler eller toksiner, hurtigt og præcist, uden forudgående kendskab til agenten, ville føre til forbedrede sundhedsresultater for mennesker og miljø, " sagde ledende forsker Harshini Mukundan. "Dette er et vigtigt skridt hen imod at forstå, hvad en nødhjælpsmand har at gøre med og give dem hurtige resultater."

PEGASUS kræver ikke uddannet personale eller laboratorieudstyr til at betjene, hvilket betyder, at den let kan bruges i fjerntliggende områder af verden. Det kan skelne mellem bakterielle og virale signaturer, giver mulighed for det rigtige valg af behandling, som skulle forbedre patienternes helbredsresultater og mindske spredningen af ​​antimikrobiel resistens, sagde Mukundan.

Sensoren inkluderer en integreret prøvebehandlingsenhed med minimale praktiske trin, rettet mod at sikre, at hver prøve er af den kvalitet, der er nødvendig for påvisning. "Det kan hjælpe med at løse problemet med fejlidentifikation af biomolekyler, især i marken, giver os mulighed for at være forberedt på ethvert potentielt udbrud eller biotrusselhændelse, " sagde Mukundan.

"Detektion sker i to store trin, sagde Kiersten Lenz, en forsker på projektet. "Først, prøven behandles i en mikrofluidisk enhed, som kun kræver et lille prøvevolumen. Næste, den behandlede prøve indlæses på den miniaturiserede sensor, hvor detektion finder sted. Den mikrofluidiske enhed og sensor kan pakkes sammen i en robust dokumentmappe, der kan medbringes overalt i verden, giver mulighed for større adgang til dette føleværktøj."

"Vi håber på bred anvendelse af denne enhed, Mukundan fortsatte. "Det kan bruges til at opdage bakterielle infektioner hos mennesker eller dyr, eller udbrud i fødevareforsyningen, identificere hvidt pulver, opdage tilstedeværelsen af ​​specifikke vira hos mennesker, dyr, mad, eller vand, identificere potentielle biologiske trusler, og mere. For eksempel, vores teknologi kan hurtigt opdage infektion i en læges kontor, en fjernklinik, eller et laboratorium. I tilfælde af bakterielle infektioner, det kan skelne mellem gram-positive, -negativ, og ubestemte kilder, uden forudgående kendskab til infektionstypen, på 15-30 minutter, " sagde hun. For sådanne infektioner, når klassen af ​​bakterier er kendt, passende behandlinger kan vælges, som vil resultere i vigtige fordele for patientens helbredelse. Ud over, at kende den nøjagtige involverede bakterie kan også reducere ordinationen af ​​bredspektrede antibiotika, som kan føre til udvikling af antibiotika-resistente organismer.

En anden potentiel påvirkning er inden for bioovervågning. Da biosensoren kan bruges i fjerntliggende områder af verden og kan detektere en række biologiske molekyler fra en række forskellige kilder, det kan have indflydelse på overvågningen af ​​tilstedeværelsen af ​​potentielle biotrusselsagenser eller udbrud. Sensoren kan detektere tilstedeværelsen af ​​biomolekyler fra fødevarekilder, vandforsyningen, og kan hjælpe med at identificere ukendt hvidt pulver, der sendes i mistænkelige pakker eller spildes på motorvejen. Med bedre overvågning og overvågning, vi kan være bedre forberedt på potentielle udbrud, da vi vil have en bedre forståelse af de specifikke agenter, der er i spil.

Hvordan det virker

Enhedens teknologi er baseret på en bølgelederbaseret optisk biosensor udviklet i Los Alamos. Sensorsystemet detekterer analytter på en plan optisk bølgelederoverflade i et meget lille (~200nm) felt. For at producere sansefeltet, en laser kobles med en kritisk indfaldsvinkel ind i den plane bølgeleder, og total intern refleksion af lys forekommer mellem lagene af bølgelederen, på grund af deres forskellige brydningsindeks. Dette får et forsvindende felt til at udstråle fra overfladen af ​​bølgelederen, hvor fluorescerende molekyler detekteres.